Technika genómového sekvenovania pomáha porozumieť črevnej mikroflóre po jednej bunke

Populácia mikroorganizmov žijúcich v našom čreve, známa ako črevná mikroflóra, hrá rozhodujúcu úlohu pri kontrole nášho metabolizmu a znižovaní rizika chorôb, ako je obezita a cukrovka.

Štúdie ukázali, že spôsobom, ako podporiť rast týchto prospešných mikroorganizmov a upraviť ich zloženie tak, aby bola zdravá rovnováha, je pridanie určitých foriem vlákniny, ako je inulín, do našej stravy. Avšak, zo všetkých desiatok biliónov mikroorganizmov v črevnej mikrobiote, bolo ťažké určiť, ktoré a ako mikroorganizmy reagujú na potravinovú vlákninu. Dôvodom je to, že súčasné techniky závisia od dostupnosti referenčných genómov v sekvenčných databázach DNA na presnú taxonomickú klasifikáciu a presné funkčné priradenie konkrétnych organizmov, ale v skutočnosti, odhadovaná polovica ľudských druhov čreva nemá referenčný genóm. Navyše, existujúce techniky vyžadujú na dokončenie úlohy hodiny alebo dokonca dni.

Na vyriešenie tohto problému Vedci z univerzity Waseda navrhli novú techniku ​​nazývanú jednobunkové amplifikované genómy na platforme sekvenovania gélových guľôčok (SAG-gel), ktoré môžu poskytnúť viacero ťažných genómov črevnej mikroflóry naraz a identifikovať baktérie, ktoré reagujú na vlákninu z potravy na úrovni druhov bez potreby existujúcich referenčných genómov. Čo je viac, výhodou tejto techniky je, že trvá iba 10 minút, kým sa získajú návrhové genómy zo surových údajov sekvenovania celého genómu, pretože všetky údaje sú čisto odvodené od jednotlivých mikróbov. To dramaticky urýchľuje čas potrebný na tento proces.

Náš nový, jednobunková sekvenčná sekvencia genómu môže získať každý bakteriálny genóm oddelene a charakterizovať nekultivované baktérie so špecifickými funkciami v mikrobiote, a to nám môže pomôcť odhadnúť metabolické línie zahrnuté v bakteriálnej fermentácii vlákien a metabolické výsledky v čreve na základe prijatých vlákien. Predstavuje vylepšenú a efektívnu funkčnú analýzu nekultivovaných baktérií v čreve. "

Masahito Hosokawa, odborný asistent na Fakulte vedy a inžinierstva Waseda University a zodpovedajúci autor tejto štúdie

Vedci urobili to, že myši dva týždne kŕmili diétou na báze inulínu a pomocou tejto techniky náhodne zachytili jednotlivé bakteriálne bunky nachádzajúce sa vo vzorkách výkalov myší do malých gélových guľôčok. Bakteriálne bunky sa potom jednotlivo spracovali v gélových guľôčkach plávajúcich v skúmavke, a viac ako 300 jednobunkových amplifikovaných genómov (SAG), alebo genómy z jednobunkového organizmu, ako sú baktérie, boli získané masívne paralelným sekvenovaním. Pretože každý SAG pozostáva v priemere z desaťtisícov prečítaní, umožňuje extrémne nákladovo efektívne sekvenovanie celého genómu cieľových buniek. Po kontrole kvality a klasifikácii SAG, vedci určili, ktoré baktérie sú zodpovedné za štiepenie inulínu a získavanie energie z neho.

„Podľa našich výsledkov diéta bohatá na inulín zvyšuje aktivity o Bacteroides druhy v myšom čreve, „Hosokawa vysvetľuje.“ Tiež z návrhových genómov novo nájdených Bacteroides druh, objavili sme špecifický génový klaster na štiepenie inulínu a špecifickú metabolickú cestu na produkciu špecifických mastných kyselín s krátkym reťazcom, metabolit, ktorý je produkovaný črevnou mikroflórou. Zistenia, ako sú tieto, pomôžu vedcom v budúcnosti predpovedať metabolickú fermentáciu potravinových vlákien na základe prítomnosti a schopností konkrétnych respondentov. "

Túto techniku ​​je možné použiť na baktérie žijúce kdekoľvek. či už je to v ľudských črevách, v oceáne, alebo dokonca v pôde. Aj keď je potrebné zlepšiť jej presnosť, pretože čítanie sekvencie DNA pre niektoré génové oblasti sa považuje za ťažké, Hosokawa dúfa, že táto technika bude použitá v medicíne a priemysle a bude sa využívať na zlepšenie zdravia ľudí a zvierat.

Ich zistenia boli zverejnené v Mikrobiálna flóra 23. januára 2020.

• Mikrobióm Rhizosphere môže systémovo tvarovať a kontrolovať exsudáciu koreňov
• Fly model by mohol pomôcť položiť základ pre nové terapie v boji proti ťažkému patogénu